中國儲能網(wǎng)訊：
新型電力系統(tǒng)下主配網(wǎng)之間應是弱連接關系
——訪華北電力大學經(jīng)濟與管理學院教授譚忠富
在新能源占主體的新型電力系統(tǒng)中，分布式電源成為裝機主體，“電從身邊取”將會成為電力供應的基本形態(tài)，但是我國疆域遼闊，能源資源和負荷呈逆向分布，又讓“電從遠方來”變得不可避免。因此，電力供應將同時存在“集中式”和“分布式”兩種方式。在此情況下，電網(wǎng)規(guī)劃建設將作何思考？安全保供方式需要面臨哪些調(diào)整？大電網(wǎng)和分布式電網(wǎng)的關系應如何重新認定？……
針對新型電力系統(tǒng)下電網(wǎng)的安全保供和運行等相關問題，本刊記者采訪了華北電力大學經(jīng)濟與管理學院教授譚忠富。從技術視角進行具體分析，譚忠富認為，亟須為電化學儲能、電動汽車等新型市場主體設計科學的市場參與機制，使之能夠獲得合理回報；需要重新設計省級電網(wǎng)輸配電價結構，使過網(wǎng)費可以在大電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間合理分配；在新型電力系統(tǒng)條件下，需要分區(qū)分級規(guī)劃和建設電網(wǎng)，做強配電網(wǎng)和微網(wǎng)，通過大電網(wǎng)與配電網(wǎng)及微網(wǎng)實現(xiàn)弱連接，以提升電網(wǎng)經(jīng)濟性且保障電網(wǎng)的余缺互濟功能不受影響。
《中國電業(yè)與能源》：與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的單一“集中式”供電方式相比，“分布式”與“集中式”并存的供電方式具有哪些優(yōu)勢？
譚忠富：分布式發(fā)電為“電從身邊取”。分布式發(fā)電指用電端由附近散布的一些小型發(fā)電設備供電。新型電力系統(tǒng)下的電力既可從“身邊取”也可從“遠方來”。從“身邊取”主要來自分布式新能源發(fā)電，如屋頂光伏、微型風電、小型燃氣發(fā)電、農(nóng)村小水電、生物質(zhì)能發(fā)電等；“電從遠方來”主要來自集中式發(fā)電，如煤電基地、水電基地、風電基地、光伏基地、核電基地以及多能互補發(fā)電基地等，通過特高壓線路以西電東送、北電南供為方向輸送至東部和沿海負荷中心。
分布式電源建設成本和系統(tǒng)成本均比較低。分布式電源相互獨立，不會因一臺發(fā)電設備出現(xiàn)故障而影響其他點位供電，因此一般不會發(fā)生大面積停電事故；分布式電源接網(wǎng)甚至不需要新建變電站，從而可以節(jié)約額外的輸配電成本；分布式電源靠近用戶供電，就地生產(chǎn)就地消納，可以最大限度地減少對電網(wǎng)資源的占用，也相應減小了電網(wǎng)的輸電線損；在分布式供電方式下，主要電源為光伏和風電等清潔電源，可以有效保護環(huán)境，降低碳排放；采用分布式小型設備發(fā)電，可以節(jié)省尖峰時段的備用電源與備用電網(wǎng)投資，提高系統(tǒng)安全性和靈活性。
分布式供電與集中式供電并存具有一定優(yōu)勢。在高峰時段，分布式供電可以在一定程度上緩解大電網(wǎng)的供應緊張矛盾，相當于大電網(wǎng)的備用；作為集中式供電的補充，分布式供電適合對電網(wǎng)末梢的園區(qū)、機場、商業(yè)綜合體、農(nóng)村、牧區(qū)、山區(qū)等供電。集中式供電系統(tǒng)以大機組、大電網(wǎng)、高電壓為主，實施大容量、遠距離集中供電，在理論上任何一點故障都會產(chǎn)生擾動并對整個電網(wǎng)造成影響，嚴重時會引發(fā)大面積停電甚至全網(wǎng)崩潰，尤其是遭遇戰(zhàn)爭、恐襲、自然災害時，會危及整個國家和社會的安全。在集中式供電模式下，即便為了支撐短暫的尖峰負荷都需要新建相應的發(fā)電廠，從而產(chǎn)生一定的投資。集中式供電與分布式供電方式相結合，可以在整體上實現(xiàn)資源統(tǒng)一調(diào)配、在局部節(jié)點上實現(xiàn)靈活控制，兼顧整體性與靈活性，實現(xiàn)揚長避短、優(yōu)勢互補。
《中國電業(yè)與能源》：在新型電力系統(tǒng)中，面對“分布式”與“集中式”供電方式并存局面，如何看待電力安全保供問題？
譚忠富：分布式供電的可靠性存在一定的不足。因太陽能、風能受光照、溫度、風力、氣候等影響較大，導致分布式發(fā)電出力存在隨機性與不穩(wěn)定性，如遇暴雪、颶風等惡劣天氣很容易出現(xiàn)供電故障。而且一旦需要配網(wǎng)停電作業(yè)時，還需逐戶排查并斷開分布式電源點的控制開關，等到檢修完畢需要恢復供電時，又需要逐個閉合各電源點的并網(wǎng)開關，這勢必增加操作的復雜性，帶來一定的安全風險。對于數(shù)據(jù)中心、通信基站、醫(yī)院、銀行等重點用戶，還需要考慮特殊場景下的用電安全保障。
因此，需要通過集中式供電彌補分布式供電的不足。因為分布式電源的輸出功率隨環(huán)境因素的變化而變化，無法為負荷提供穩(wěn)定的輸出，一旦大量分布式電源直接接入電網(wǎng)，如果用以提供輔助服務的可調(diào)節(jié)資源不夠充足，就會導致電能質(zhì)量下降，如功率因數(shù)變小、頻率不穩(wěn)定、電流諧波畸變、電壓閃降及不穩(wěn)定等。集中式供電方式相對穩(wěn)定，方便進行電壓控制，也容易實現(xiàn)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)，便于集中管理，且運行成本低。所以說，既要做到“電從身邊取”又要做到“電從遠方來”，充分發(fā)揮大電網(wǎng)的資源聚合能力，實現(xiàn)分布式電網(wǎng)與大電網(wǎng)協(xié)同供電。
通過電網(wǎng)側配置儲能可以彌補分布式電源出力的不穩(wěn)定性。電網(wǎng)側配置的儲能設施，在負荷低谷時存儲分布式新能源所發(fā)電能，在負荷高峰時釋放電能，以調(diào)節(jié)系統(tǒng)供需，快速吸收/補充電能實現(xiàn)功率緩沖，平衡電網(wǎng)負荷；在分布式能源出力為零或出力不足時（比如天氣原因或者發(fā)電設備處在檢修期），儲能設備可以為負荷最大限度地供電，以減少停電時間；在支撐高峰負荷的同時，可以有效減少電源和電網(wǎng)的容量備用；儲能設備還可以提供有功/無功功率支撐，穩(wěn)定電壓，平抑波動，解決電壓的驟降/跌落問題，作為電力系統(tǒng)的電壓和頻率調(diào)節(jié)器，以維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；儲能設施也可以作為諧波主動濾波器，通過逆變器等電力電子器件對電能進行處理，消除諧波信號。總之，在分布式供電與集中式供電并存的情況下，通過與電網(wǎng)側儲能協(xié)同運行，就可以抑制功率波動，保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
《中國電業(yè)與能源》：在構建新型電力系統(tǒng)的過程中，應該如何看待“分布式”供電與“集中式”供電并存的情況？
譚忠富：分布式電源會對電網(wǎng)帶來一定沖擊。分布式發(fā)電會產(chǎn)生功率短時劇變，導致系統(tǒng)電壓閃變，出現(xiàn)電壓突然降低或升高問題；大量分布式電源需要通過逆變器連接配電網(wǎng)，而逆變器等電力電子器件屬于諧波源，這些器件的開關會導致頻率波動，大量諧波會被帶入系統(tǒng)之中，導致系統(tǒng)穩(wěn)定性降低；分布式供電方式還會改變系統(tǒng)負荷分布，出現(xiàn)雙向流動的潮流，從而導致配網(wǎng)損耗升高；另外，分布式電源替代傳統(tǒng)的集中式電源后，無功功率輸出也會相對減少。
分布式供電與集中式供電方式需要并行發(fā)展。傳統(tǒng)電網(wǎng)采用同步發(fā)電機、調(diào)相機、電容器等無功電源，而分布式發(fā)電一般不提供無功功率。因此，需要在配電網(wǎng)中布置分布式電源，而在輸電網(wǎng)中布置集中式電源。分布式發(fā)電直接給附近用戶供電或并網(wǎng)，建設周期短，安裝成本低，但規(guī)模小會導致維護管理成本升高；而集中式開發(fā)可再生能源雖然需要遠距離輸送導致電網(wǎng)成本升高，但大規(guī)模開發(fā)可以有效降低維護成本。因此，分布式供電與集中式供電需要互為補充、并行發(fā)展才能實現(xiàn)最佳系統(tǒng)效果，如在2022年的分省光伏裝機容量數(shù)據(jù)中，山東4269.9萬千瓦，其中分布式3020萬千瓦；河北3855萬千瓦，其中分布式1861萬千瓦；浙江2539萬千瓦，其中分布式1925萬千瓦；江蘇2511萬千瓦，其中分布式1555萬千瓦；河南2333萬千瓦，其中分布式1704萬千瓦?？梢姡胺植际健迸c“集中式”供電方式并存的局面在國內(nèi)已成常態(tài)。
《中國電業(yè)與能源》：一般而言，電從“身邊取”比從“遠方來”經(jīng)濟性要高，“遠方來”主要是作為“身邊取”的替補，該如何調(diào)動電從“遠方來”的積極性？
譚忠富：“電從身邊取”離不開“電從遠方來”作為補充。兩種供電方式各有優(yōu)勢也各有缺點，因此，在實踐中需要因地制宜、互為補充，適宜“身邊取”則就地生產(chǎn)就地消納，適宜“遠方來”則提供充足的條件且保持通道暢通，讓遠方的電過得來、落得下。比如，分布式發(fā)電具有出力不穩(wěn)定的缺陷，對于分布式電網(wǎng)來說，有時需要向外購電，有時則需要向外售電，因此還需要大電網(wǎng)提供余缺調(diào)劑；另外，分布式電網(wǎng)畢竟勢單力孤，自我調(diào)節(jié)能力有限，有時單憑內(nèi)部資源很難維持系統(tǒng)電壓和頻率的穩(wěn)定，還需要大電網(wǎng)提供輔助服務；尤其是面對應急突發(fā)情況，更需要大電網(wǎng)“電從遠方來”作為必要支撐；但是，由于系統(tǒng)造價不同，分布式供電成本遠低于集中式供電成本，所以“電從身邊取”自然成為首選，但當“身邊取”不夠用時，又必須靠“遠方來”作為補充。
對新能源并網(wǎng)帶來電力系統(tǒng)的增量成本給予補償。風電、光伏出力的不穩(wěn)定性，需要傳統(tǒng)電源、儲能、虛擬電廠等頻繁地爬坡，以實現(xiàn)發(fā)電與用電的平衡，這樣必然增加了電力系統(tǒng)的成本。所以，大規(guī)模發(fā)展新能源給電力系統(tǒng)帶來了巨大的增量成本，分別為：備用成本，為了滿足調(diào)峰需要，電力系統(tǒng)必須保留一定容量的發(fā)電機組用來啟停備用，以填補季節(jié)性、地域性和時段性的電力供應缺口；平衡成本，為解決新能源間歇性、波動性、隨機性問題，電力系統(tǒng)必須保留旋轉(zhuǎn)備用電源，讓運行正常的發(fā)電機維持額定轉(zhuǎn)速，保證隨時可以并網(wǎng)，或已并網(wǎng)但僅帶一部分負荷，保證隨時可以增加出力至額定容量，承擔調(diào)頻、快速爬坡等輔助服務；電網(wǎng)成本，風電、太陽能發(fā)電分布在偏遠地區(qū)，遠離負荷中心，增加了遠距離輸電網(wǎng)建設成本和電能損耗成本，新能源在向大電網(wǎng)送電時也增加了電網(wǎng)設備成本；接入成本，新能源發(fā)電接入電網(wǎng)的成本。上述各類成本需要通過多種電力市場或者機制得到相應補償后，才可以解決“電從遠方來”的問題。
需要強調(diào)的是，做好為消納新能源而投入的靈活性資源成本的補償工作，是解決“電從遠方來”問題的關鍵。發(fā)電側靈活性資源主要包括煤電靈活性改造、熱電解耦、天然氣發(fā)電、常規(guī)水電等；電網(wǎng)側靈活性資源主要包括電網(wǎng)互聯(lián)互濟、電網(wǎng)彈性、柔性輸電、主動性配電網(wǎng)等；負荷側靈活性資源主要包括用戶需求響應、電動汽車充放電等；儲能側靈活性資源包括抽水蓄能、電化學儲能、儲氫等。在新能源滲透之下，由發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、用戶和儲能提供的輔助服務主要包括調(diào)峰、調(diào)頻、發(fā)電控制、無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動服務等。以往，輔助服務主要由煤電、水電和抽水蓄能電站提供，隨著新能源并網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新型儲能和需求側資源也開始提供輔助服務。發(fā)電企業(yè)參與輔助服務市場可以獲得成本回報；電網(wǎng)企業(yè)的抽水蓄能電站的容量成本可以通過輸配電價獲得回報，而電量成本可以通過電力現(xiàn)貨市場得到補償。而同樣提供輔助服務的電化學儲能、電動汽車充放電、用戶側需求響應等，也都需要有統(tǒng)一明晰的市場機制來獲得成本補償，這是下一步電力改革需要研究的內(nèi)容。
《中國電業(yè)與能源》：在“分布式”與“集中式”供電方式并存的情況下，如何認識大電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的關系，又怎樣才能充分發(fā)揮二者的作用？
譚忠富：要分區(qū)分級建設電網(wǎng)，大容量高電壓等級的送出通道服務新能源大基地，配電網(wǎng)用來服務微電網(wǎng)或者分布式能源，而微電網(wǎng)則直接服務分布式電源等，各級電網(wǎng)、各地電網(wǎng)相互聯(lián)通又各司其職。
在新型電力系統(tǒng)中，分布著大量的分布式光伏、電動汽車充電樁、儲能等設施，其源荷儲界限模糊，系統(tǒng)內(nèi)部潮流多向流動，大大增加了供需平衡難度。
同時，直接接入配（微）電網(wǎng)的大量分布式電源一般都配有電力電子裝置，會產(chǎn)生一定的諧波和直流分量；諧波電流注入系統(tǒng)后，會引起電網(wǎng)電壓畸變，造成電力系統(tǒng)繼電保護、自動裝置誤動作，影響系統(tǒng)安全運行；分布式發(fā)電并網(wǎng)容量和位置會影響電網(wǎng)的電壓分布，電壓過大會對繼電保護裝置造成破壞；分布式電源大量接入電網(wǎng)，也會對系統(tǒng)產(chǎn)生大量的諧波污染，使線路的繼電保護性能下降；另外，分布式電源還會帶來反向潮流、設備過多、網(wǎng)絡冗余等問題。這一切，都需要通過上一級電網(wǎng)提供消納與供給來進行稀釋和平衡，具體為：需要大電網(wǎng)配置相應的濾波裝置、靜止或動態(tài)無功補償裝置等，以抑制新能源的諧波含量；布置合理的充裕性容量、多元的靈活性資源、智慧的互動性調(diào)控，保障分布式電網(wǎng)具有可靠供電能力。
微電網(wǎng)也屬于分布式供電方式之一，由分布式電源、儲能裝置、能源轉(zhuǎn)換裝置、負荷、監(jiān)控和保護裝置等組成的微電網(wǎng)，可以作為一個單元進行優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、自我保護和管理智能化。大電網(wǎng)只需調(diào)度整個微電網(wǎng)單元，而單元內(nèi)部調(diào)度由微電網(wǎng)自行完成，從而實現(xiàn)大電網(wǎng)為微電網(wǎng)調(diào)節(jié)余缺、微電網(wǎng)進行內(nèi)部自我調(diào)度。
所以說，一定要分區(qū)分級規(guī)劃建設電網(wǎng)，補強配（微）電網(wǎng)，促進分布式新能源自消納、自平衡；面對配（微）電網(wǎng)出現(xiàn)臨時性供應不足或過剩時，再通過與大電網(wǎng)建立弱連接，使之作為備用，以提升整個電網(wǎng)的整體安全性。
《中國電業(yè)與能源》：一旦配網(wǎng)內(nèi)交易大行其道，是否應該對現(xiàn)行輸配電價政策進行調(diào)整，以協(xié)調(diào)過網(wǎng)費在大電網(wǎng)和配電網(wǎng)之間的分配？
譚忠富：新能源發(fā)電正從多個維度滲透配電網(wǎng)，如企業(yè)自建新能源自備電站、新能源發(fā)電直供電、新能源電力通過專線供電（不經(jīng)由電網(wǎng)企業(yè)所經(jīng)營的輸配電設施，不向電網(wǎng)企業(yè)交納過網(wǎng)費）、新能源隔墻售電、客戶分散式新能源自發(fā)自用自儲、工業(yè)園區(qū)源網(wǎng)荷儲一體化、新能源為主的微電網(wǎng)、高比例新能源為主體的獨立供電系統(tǒng)等。大量分散式新能源發(fā)電設備并入電網(wǎng)，很容易造成電壓和頻率波動，需要配置靈活性調(diào)節(jié)性資源來穩(wěn)定電壓和頻率，但這樣又勢必會造成電網(wǎng)成本的升高。
分析新能源并網(wǎng)消納情況下所需的各類靈活性調(diào)節(jié)性資源，繼而可以計算出不同資源對電網(wǎng)投資及運行成本帶來的增量變化。系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)性資源分為：1.具備調(diào)節(jié)能力的常規(guī)發(fā)電機組。2.抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能、電化學儲能等多種儲能形式，可參與不同時間尺度的靈活性調(diào)節(jié)，包括快速調(diào)頻、短時平衡與負荷轉(zhuǎn)移等。3.電網(wǎng)側靈活性資源。互聯(lián)電網(wǎng)，經(jīng)輸電網(wǎng)互聯(lián)的相鄰系統(tǒng)可在系統(tǒng)靈活性不足時輸入互聯(lián)容量，在系統(tǒng)靈活性充裕時輸出互聯(lián)容量；提高電力傳輸能力的柔性交流輸電系統(tǒng)設備；改變網(wǎng)絡拓撲結構和系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)快速潮流控制以提供靈活性。4.具有響應能力的電力用戶聚合商，能夠根據(jù)系統(tǒng)功率變化具有主動響應能力。
在構建新型電力系統(tǒng)條件下，需要對電網(wǎng)靈活性調(diào)節(jié)性資源投資運行成本進行有效疏導，按照“誰受益誰承擔”的原則，激勵各環(huán)節(jié)靈活性資源參與輔助服務市場并獲得補償。通過合理分攤電網(wǎng)增量成本，并基于公平分享輸配電“準許成本加合理收益”原則重新設計輸配電價結構，使過網(wǎng)費可以在大電網(wǎng)與配電網(wǎng)之間合理分配。
《中國電業(yè)與能源》：關于“分布式”與“集中式”電力兩種供應方式的安全運行，國外是否有可供借鑒或者吸取的經(jīng)驗和教訓？
譚忠富：2010—2020年，全球集中式光伏、陸上風電的平準化度電成本分別降低了85%、56%，但新能源發(fā)展較快的德國、英國等國家終端電價不降反升，其主要原因是新能源占比的提高大幅增加了系統(tǒng)成本，從而抬高了終端電價水平。
自2007年開始，德國、奧地利、法國、瑞士等歐洲國家相繼引入負電價。以新能源電量滲透率達到25%的德國為例，2020年全年負電價時長達到298小時。負電價小時數(shù)增多反映出電力系統(tǒng)的靈活性不足。當發(fā)電量超過需求量時，價格就會低于零。
歐洲各國電力以自平衡為主，國家間互動基本上屬于余缺調(diào)劑，他們發(fā)展新能源基本上“以分布式為主，就近開發(fā)優(yōu)先”。以德國為例，該國遍地都是風電機組，新能源80%以上接入配電網(wǎng)。在英國，新能源滲透率的大幅上升，導致燃煤和燃氣機組等傳統(tǒng)電源被大量擠出，致使電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量下降，并容易出現(xiàn)頻率偏離，需要更多靈活性資源提供輔助服務來維持頻率穩(wěn)定；同時，大多數(shù)新能源機組通過差價合約保價消納，即使在現(xiàn)貨市場電價為負時仍然不減出力，這樣更加大了系統(tǒng)平衡困難，導致輔助服務需求大增，不得不加大力度從小時級、分鐘級向秒級甚至更短時間尺度部署調(diào)相機、飛輪儲能、燃氣機摻燒氫氣等調(diào)節(jié)性資源。
